百萬千瓦等級(jí)超超臨界機(jī)組節(jié)能減排特點(diǎn)及優(yōu)化措施

吳建軍

(神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠，浙江 寧波 315612)

1 機(jī)組概況

神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠百萬千瓦等級(jí)機(jī)組鍋爐型號(hào)為SG3091/27.56－M54X，鍋爐額定工況下蒸汽壓力為27.56 MPa。汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)有限公司和德國(guó)西門子公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的N1000－26.25/600/600(TC4F)型超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠?、反?dòng)凝汽式汽輪機(jī)，額定主蒸汽壓力為26.25 MPa、主蒸汽溫度為600℃，額定再熱蒸汽壓力為5.0 MPa、再熱蒸汽溫度為600℃，屬超超臨界機(jī)組，熱循環(huán)效率高，在機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)上充分考慮了經(jīng)濟(jì)性。

2 機(jī)組設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 鍋爐系統(tǒng)

(1)鍋爐本體系統(tǒng)配置容量為30%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)的啟動(dòng)循環(huán)泵，將大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)中外排的疏水改為排往省煤器入口，與簡(jiǎn)單疏水啟動(dòng)系統(tǒng)相比，具有高熱量回收及低工質(zhì)損失的優(yōu)點(diǎn)。爐水的再循環(huán)保證再循環(huán)水所含熱量又回到爐膛水冷壁中，在鍋爐啟動(dòng)的大部分過程中，沒有熱量損失及工質(zhì)損失，減少了啟動(dòng)時(shí)所需要的燃料量，同時(shí)也減少了水處理量。

(2)鍋爐燃燒系統(tǒng)在B層采用軸向插入式等離子燃燒器，改小B層燃燒器對(duì)應(yīng)的油槍;采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，在鍋爐啟動(dòng)及系統(tǒng)深度調(diào)峰時(shí)起到良好的節(jié)能作用，這在百萬千瓦等級(jí)超超臨界塔式鍋爐中還是首次使用。

(3)磨煤機(jī)配置有動(dòng)態(tài)分離器，分離器采用變頻方式控制轉(zhuǎn)速，可進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)，煤種在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化及磨煤機(jī)出現(xiàn)一定磨損后煤粉細(xì)度仍可達(dá)到要求，保證了鍋爐效率。

2.2 汽輪機(jī)系統(tǒng)

(1)汽輪機(jī)采用全周進(jìn)汽方式，高壓缸進(jìn)口設(shè)有2個(gè)高壓主汽門、2個(gè)高壓調(diào)節(jié)門和1個(gè)補(bǔ)汽閥。高壓缸排汽經(jīng)過再熱器再熱后，通過中壓缸進(jìn)口的2個(gè)中壓主汽門和2個(gè)中壓調(diào)門進(jìn)入中壓缸，中壓缸排汽通過連通管進(jìn)入2個(gè)低壓缸繼續(xù)做功后分別排入2個(gè)凝汽器。該機(jī)組取消調(diào)節(jié)級(jí)，采用全周進(jìn)汽滑壓運(yùn)行方式，效率較高。

(2)采用了補(bǔ)汽技術(shù)。在主調(diào)節(jié)閥門開足的情況下，由補(bǔ)汽閥向機(jī)組供汽。補(bǔ)汽技術(shù)是西門子公司特有的技術(shù)，是從機(jī)組熱耗保證(THA)工況開始從主汽閥后、主調(diào)閥前引出一些新蒸汽(額定進(jìn)汽量的5% ～10%)，經(jīng)補(bǔ)汽閥節(jié)流降低參數(shù)(蒸汽溫度約降低30℃)后進(jìn)入高壓第5級(jí)動(dòng)葉后的空間，主流蒸汽與這股蒸汽混合后在以后各級(jí)繼續(xù)膨脹做功的一種措施。補(bǔ)汽技術(shù)提高了汽輪機(jī)的過載和調(diào)頻能力，它使全周進(jìn)汽機(jī)型的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性全面超過噴嘴調(diào)節(jié)機(jī)型。補(bǔ)汽點(diǎn)選擇在汽輪機(jī)最大連續(xù)出力(TMCR)工況，從THA工況起補(bǔ)汽閥才開始進(jìn)汽，機(jī)組在TMCR工況以下時(shí)，主調(diào)節(jié)閥在額定流量下設(shè)計(jì)成全開，避免了蒸汽節(jié)流，從而提高了TMCR工況以下所有工況的效率。采用補(bǔ)汽技術(shù)不僅成功解決了全周進(jìn)汽機(jī)組快速調(diào)頻的壓力損失問題，還可解決額定工況下滑壓運(yùn)行時(shí)進(jìn)汽壓力偏低的問題。

(3)凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)3臺(tái)50%容量的凝結(jié)水泵，凝結(jié)水泵正常時(shí)2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。當(dāng)任何一臺(tái)泵發(fā)生故障時(shí)，備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行;當(dāng)機(jī)組負(fù)荷≤50%額定負(fù)荷時(shí)，單臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行。如果使用2臺(tái)100%容量的凝結(jié)水泵(大流量的凝結(jié)水泵需要進(jìn)口)，會(huì)增加投資，而采用3臺(tái)50%容量的凝結(jié)水泵，大大減少了投資，增加了運(yùn)行的靈活性和可靠性。

(4)給水系統(tǒng)配置2臺(tái)50%容量的汽動(dòng)給水泵作為經(jīng)常運(yùn)行的給水泵，不設(shè)電動(dòng)調(diào)速給水泵作為機(jī)組啟動(dòng)和汽動(dòng)給水泵故障時(shí)的備用泵，大大節(jié)省了投資。

(5)循環(huán)水系統(tǒng)采用了閉式循環(huán)方式，建有全國(guó)最大的海水冷卻塔，可以做到對(duì)附近海域零熱污染。

(6)#6低壓加熱器疏水帶疏水泵，將疏水送入加熱器出口凝結(jié)水管道，凝結(jié)水系統(tǒng)采用了1臺(tái)疏水冷卻器，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

3 技術(shù)改造措施

3.1 凝汽器雙背壓改造

神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠凝汽器采用雙背壓凝汽器，凝汽器原抽真空管路采用串聯(lián)式抽真空方式，即高壓凝汽器的抽空氣管路直接接入低壓凝汽器中，通過低壓凝汽器的抽氣管路間接地對(duì)高壓凝汽器抽氣，導(dǎo)致低壓凝汽器內(nèi)積聚空氣的抽出受阻，造成低壓凝汽器與高壓凝汽器背壓相差很小。通過改造，正常運(yùn)行時(shí)保持高、低壓凝汽器并聯(lián)式抽氣方式，高、低壓凝汽器抽氣互不干擾，使低壓凝汽器傳熱惡化情況得到治理。以機(jī)組75%的負(fù)荷率計(jì)算，改造后凝汽器背壓可降低0.18 kPa，機(jī)組效率提高約0.144%，供電煤耗降低0.4g/(kW·h)。

3.2 空氣預(yù)熱器冷端漏風(fēng)控制改造

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率是鍋爐運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，漏風(fēng)率的大小直接關(guān)系到鍋爐效率，而空氣預(yù)熱器的密封裝置直接影響漏風(fēng)率的大小。傳統(tǒng)的密封裝置只在熱端的徑向密封處設(shè)置了密封跟蹤裝置，用于減小運(yùn)行時(shí)的漏風(fēng)率，而冷端的徑向密封和旁路密封則存在“密封死點(diǎn)”。機(jī)組投運(yùn)后，對(duì)空氣預(yù)熱器冷端漏風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在空氣預(yù)熱器冷端轉(zhuǎn)子與隔板間隙大于4.5 mm的部位和旁路采用不銹鋼絲做成的“鐵掃帚”進(jìn)行密封，使得2臺(tái)鍋爐的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率均低于4.00%，#5鍋爐A，B空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率分別為3.14%和3.23%，達(dá)到了目前國(guó)內(nèi)的最優(yōu)值，大大提高了鍋爐效率。

3.3 機(jī)組探索采用給水加氧處理

加氧處理可有效降低腐蝕速度和鍋爐沉積率，延長(zhǎng)鍋爐酸洗周期，增加精處理周期制水量，降低機(jī)組運(yùn)行成本。神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠技術(shù)人員積極探索百萬千瓦等級(jí)機(jī)組的給水加氧技術(shù)，并取得了初步的成績(jī)，達(dá)到了節(jié)能減排的效果，每年可節(jié)約260萬元藥品和除鹽水的直接費(fèi)用。對(duì)比168 h試運(yùn)行和實(shí)際運(yùn)行工況，在機(jī)組負(fù)荷為1000 MW時(shí)，鍋爐一次系統(tǒng)阻力(省煤器入口至過熱器出口)壓降降低了0.2～0.3 MPa，單臺(tái)小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)降低100 r/min左右，提高了機(jī)組效率。

4 機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行措施

4.1 提高再熱汽溫

神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠鍋爐投產(chǎn)以來一直存在再熱汽溫偏低的情況，影響機(jī)組的循環(huán)效率。通過采取以下措施，使鍋爐的平均再熱汽溫上升10℃左右，累計(jì)降低煤耗0.5 g/(kW·h)。

(1)鍋爐燃燒調(diào)整。在保證煤粉著火、燃燒階段風(fēng)量的前提下，適當(dāng)增大燃盡風(fēng)的風(fēng)量，抬高了鍋爐的燃燒中心，從而提高了鍋爐的再熱汽溫，使再熱汽溫的的左右偏差減小。

(2)優(yōu)化鍋爐吹灰。根據(jù)鍋爐的燃煤特點(diǎn)，不同負(fù)荷段、不同時(shí)間段，摸索了新的吹灰方式。在水冷壁易結(jié)焦區(qū)域每天吹灰1次，在不易結(jié)焦區(qū)域(再熱器、二級(jí)過熱器)分批次吹灰。采用新的吹灰方式后，吹灰頻率下降近75%，再熱汽溫明顯提高。

4.2 優(yōu)化配煤

神華煤種的灰熔點(diǎn)溫度偏低(1100～1200℃)，具有較強(qiáng)的結(jié)渣傾向，尤其在連續(xù)高負(fù)荷時(shí)結(jié)焦情況較為嚴(yán)重，不僅威脅鍋爐的安全，還影響鍋爐的效率。因此，用石炭煤(軟化溫度為1 500℃左右)進(jìn)行摻燒，并對(duì)不同煤種進(jìn)行合理摻配，很好地控制了鍋爐的結(jié)焦情況，降低了鍋爐的排煙溫度，也對(duì)鍋爐再熱汽溫的提高有較大影響。

4.3 機(jī)組啟動(dòng)過程的優(yōu)化

4.3.1 點(diǎn)火前利用臨機(jī)輔汽對(duì)本機(jī)鍋爐進(jìn)行熱態(tài)沖洗

直流鍋爐爐水無定排和連排系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)要求高，啟動(dòng)階段冷、熱態(tài)沖洗時(shí)間比較長(zhǎng)，延長(zhǎng)了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。改變以往直流鍋爐點(diǎn)火升壓，然后進(jìn)行鍋爐熱態(tài)沖洗的做法，在點(diǎn)火前利用鄰爐輔汽加熱除氧器，逐漸提高給水溫度至170℃及以上、水冷壁出口溫度至150℃后進(jìn)行鍋爐熱態(tài)沖洗。鍋爐每次冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)采用此方法不僅可節(jié)約除鹽水4 400 t、節(jié)約燃料200 t(折算成煤量)、縮短啟動(dòng)時(shí)間6 h，還可以提高爐膛的整體溫度，強(qiáng)化鍋爐啟動(dòng)初期的燃燒，減小水冷壁熱偏差。

4.3.2 單側(cè)風(fēng)組啟動(dòng)

鍋爐啟動(dòng)初期，鍋爐的風(fēng)量基本控制在30% ～40%，而單側(cè)送、引風(fēng)機(jī)就可以滿足要求。因此，采用在機(jī)組并網(wǎng)前再啟動(dòng)另一側(cè)風(fēng)組的方法，在保證機(jī)組安全的前提下，既可以滿足鍋爐啟動(dòng)的要求，又可以大量節(jié)約廠用電。送風(fēng)機(jī)的額定功率為2 800 kW，引風(fēng)機(jī)功率為6 100 kW，以節(jié)約20%的功率計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)約的電量為1780 kW·h。

4.3.3 循環(huán)水恢復(fù)

機(jī)組在大小修后系統(tǒng)恢復(fù)初始階段，循環(huán)水通過相鄰機(jī)組聯(lián)絡(luò)管道保持注水來冷卻閉式水，在機(jī)組投運(yùn)輔汽前啟動(dòng)循環(huán)水泵，避免了過早啟動(dòng)循環(huán)水泵，從而節(jié)約了廠用電量。循環(huán)水泵的額定功率為5800kW，按80%的功率計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)約電量4640 kW·h。

4.3.4 優(yōu)化等離子點(diǎn)火方式

神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠百萬千瓦等級(jí)機(jī)組采取了等離子點(diǎn)火方式，但該等級(jí)機(jī)組鍋爐容積較大，全國(guó)也沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒。該廠技術(shù)人員大膽嘗試，采取了以下措施:點(diǎn)火初期投B層4支油槍，等C磨煤機(jī)啟動(dòng)后，煤量在120t/h左右時(shí)，根據(jù)鍋爐燃燒情況，只留2支油槍，3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，油槍全部停用，每次啟動(dòng)用油量大大減少。

4.4 低負(fù)荷時(shí)單臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行

該廠機(jī)組配置了3臺(tái)凝結(jié)水泵，每臺(tái)為50%容量。采用低負(fù)荷單凝結(jié)水泵運(yùn)行方式后，在機(jī)組負(fù)荷650 MW以下時(shí)，只維持1臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行，完全能滿足安全運(yùn)行的要求。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每月600 MW以下的運(yùn)行時(shí)間不小于200 h，單臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行比2臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行時(shí)功率小900 kW左右，因此，2臺(tái)機(jī)組每月可節(jié)約電量360 MW·h。

4.5 采用真空補(bǔ)水方式

所謂真空補(bǔ)水即是停運(yùn)凝結(jié)水輸送泵，依靠凝汽器的真空負(fù)壓對(duì)凝汽器進(jìn)行補(bǔ)水。根據(jù)該廠的系統(tǒng)布置特點(diǎn)，采用真空補(bǔ)水的方式。按機(jī)組年運(yùn)行7800 h計(jì)算，扣除事故和緊急情況下需要啟動(dòng)低壓凝結(jié)水輸送泵對(duì)凝汽器補(bǔ)水的時(shí)間，凝結(jié)水輸送泵可停運(yùn)時(shí)間為7000 h。

經(jīng)濟(jì)性估算:按2臺(tái)機(jī)組估算，每臺(tái)機(jī)組停運(yùn)1臺(tái)低壓凝結(jié)水輸送泵，凝結(jié)水輸送泵電機(jī)功率為75 kW，凝結(jié)水輸送泵電機(jī)的效率為80%，1年停運(yùn)低壓凝結(jié)水輸送泵7000h，則可節(jié)約電量840MW·h。

4.6 合理的循環(huán)水運(yùn)行方式

該廠循環(huán)水泵運(yùn)行方式為:夏季2機(jī)3泵，其余季節(jié)單機(jī)單泵，完全能滿足機(jī)組對(duì)循環(huán)水量的要求。在2機(jī)3泵方式下，4臺(tái)循環(huán)水泵中的3臺(tái)泵運(yùn)行，停運(yùn)泵作為備用泵，#5，#6機(jī)組循環(huán)水泵出口2個(gè)聯(lián)絡(luò)門打開。單機(jī)單泵方式下，#5，#6機(jī)組各運(yùn)行1臺(tái)循環(huán)水泵，#5，#6機(jī)組循環(huán)水泵出口2個(gè)聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉。

經(jīng)濟(jì)性估算:按循環(huán)水泵電機(jī)效率為80%、兩機(jī)三泵運(yùn)行時(shí)間為90 d估算，則每臺(tái)循環(huán)水泵每年可節(jié)約電量10020 MW·h。

單機(jī)單泵運(yùn)行時(shí)間按200 d計(jì)算，則#5，#6機(jī)組2臺(tái)循環(huán)水泵每年可節(jié)約電量44 540 MW·h，每年共節(jié)約廠用電量54560 MW·h。

4.7 提高真空度

提高真空度、增強(qiáng)機(jī)組做功能力、減少燃料量是提高經(jīng)濟(jì)性的重要措施。

(1)堅(jiān)持每月進(jìn)行1次真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，要求真空度下降速率小于0.133 kPa/min。

(2)充分利用停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行凝汽器灌水查漏，處理真空系統(tǒng)漏點(diǎn)，提高真空嚴(yán)密性。

(3)保證主機(jī)及小機(jī)軸封供、回汽運(yùn)行正常。(4)運(yùn)行中經(jīng)常檢查負(fù)壓系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)泄漏及時(shí)處理。

(5)每周投用1次凝汽器膠球清洗裝置，保證換熱面清潔。

5 提升規(guī)范化管理水平

為了規(guī)范操作，該廠發(fā)電部專門制作了詳細(xì)的操作卡，使操作規(guī)范化，把失誤減少到最小，避免因?yàn)檎`操作造成機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)和設(shè)備的損壞。利用機(jī)組大、小修的機(jī)會(huì)組織人員參加仿真機(jī)的培訓(xùn)，提高員工的操作水平和事故處理水平，為機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。該廠2臺(tái)百萬千瓦等級(jí)機(jī)組自2009年雙投以來，#5機(jī)組連續(xù)運(yùn)行近300 d，維持了較高的可靠性，對(duì)節(jié)能減排起到了較大作用。

6 結(jié)論

事實(shí)證明，采取各項(xiàng)措施并優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式后，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益十分明顯。同2010年相比，相同負(fù)荷率下，2011年該廠機(jī)組廠用電率大幅下降，供電煤耗下降約2 g/(kW·h)，全年全廠累計(jì)節(jié)約標(biāo)煤約25萬t，節(jié)能效果顯著。

［1］包勁松.大型汽輪發(fā)電機(jī)組雙背壓凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)方案［R］.杭州:浙江省電力試驗(yàn)研究院，2010.

［2］張連濤.循環(huán)水泵性能試驗(yàn)技術(shù)措施［R］.寧波:神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司B廠，2011.